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1、第29卷第6期四川兵工学报2008年12月【综述与评论】X水下激光对潜通信系统及其实验设计魏达,刘文,赵龙,何焰蓝(国防科学技术大学理学院,长沙410073)摘要:介绍水下激光通信的基本原理和在水下通信方面存在的明显优势,根据无线激光通信技术原理,设计了一种潜对潜的通信实验方案.关键词:水下蓝绿激光通信;迈克耳逊干涉调制;平衡探测中图分类号:TN929.1文献标识码:B文章编号:1006-0707(2008)06-0114-02激光通信是近年来出现的通信热点,它是以大气、其-2R24P1meR=2K·SR他介质或自由空间为媒介,让载波激光传输有效信息
2、的一πPRQT种新型通信技术.随着大气激光通信和光纤通信的成熟,式中:P1为激光功率;QT为光束发散角;M为调制光速调人类活动区域的扩展,特别是军事上的需求应用,使水下制度;SR为接收面积;PR为接收到的功率.激光通信也愈来愈受到人们的关注,成为有相当潜力的通由上式可以看出,要提高探测器的作用距离,应增大信技术.蓝绿激光器的出现,使得水下通讯变得更加有效激光源的发射光率,增加光学系统的透过率,减少发射装和可行.置的发散角,也可采用高灵敏的光电传感器.在水下激光通信中,激光器的发射功率和光电传感器的灵敏度是由设1实验系统备性能决定的.在两者确定的情况下
3、,光束的光功率密度越大,系统通信距离越长.在实际应用中,可适当增大激光水下激光通信是一种定向点对点的通信方式,主要由激光束的光斑半径来减小光束发散角,从而使传输光束的光光发射、激光调制、发射天线、激光接收器组成.激光先经过斑直径变小,增大传输到探测器的光功率密度,提高通信信息调制,然后被发射天线聚集成一束发散角很小的光束,[1-2]距离.光束经过水下传输最后被接收,在接收机中,信号跟噪声混杂而同时被接收,接收机前端由光学装置和探测器组成,利2通信波长及光源的选取用光学装置能有选择性地通过作为波长和传播方向函数的信号,探测器则将信号和噪声转换为相应的电
4、信号,电信号测量发现,波长为450nm至530nm的蓝绿激光在海水经过必要的放大和滤波产生转换成所需要的信息.中衰减最小,最大穿透度可达600m.在此波段蓝绿激光对潜通信效果好,具有通信数据率高、传输容量大、波束宽度窄、方向性好、设备轻、抗干扰力强的优点.故选用蓝绿半导体激光器作为光源.3收发系统的设计发射部分主要由激光器、调制器和光学天线组成,接收部分主要由光学接收天线、光电检测器和电信号处理器组成.将待发送的信息源变换成电信号,然后把这些信号图1实验系统输入光调制器,调制到一个由激光器产生的激光束上,并控制这个载波的某个参数,使它按电信号的规律变
5、化,经激光探测器的作用距离:过信息处理以后由发射天线发射出去.接收是发射的逆过X收稿日期:2008-08-07作者简介:魏达(1987—),男,山东潍坊人,主要从事光信息科学与工程研究.魏达,等:水下激光对潜通信系统及其实验设计115程.接收天线接收到已调制的激光信号,送到光检测器取若光学收发天线共由n组透镜组成,一般光学加工工[3-4]出电信号.然后由信号变换设备恢复出原始信息.艺可达的透射率为0.8/组,所以产生的衰减为3.1发射系统的设计L=-n×10lg0.8=0.97ndB为了避免过复杂的光学系统带来的光强损失,选择简准直高斯光束的束散角和
6、衍射极限束宽分别为单有效的方式.图2所示的迈克尔逊干涉调制是相位调制,θ=A/D,λ=2.44A/D(rad)此仪器优点是结构简单,条纹对比度好,信噪比高,容易实其中D为激光输出孔径.FSO天线的发射孔径在厘米量级现.但输出光束可能回馈到激光器中,使激光器不能正常远远大于激光波长.所以束散角在微弧度量级,短距离情工作,设置光学隔离器可以解决这个问题.系统中由2个透况下因此产生的束散衰减极小.而增加激光束散角是提高镜组成系统的发射天线,起到缩小光束发散三角,准直激FSO抗闪烁效应和基座晃动的一种方法,所以必须考虑这光光束的作用.种情况下激光束散衰减.使
7、用光束发散技术时,束散角的增加产生了束散衰减,需要更高的激光发射功率,因此应采用较窄束散角.更重要的影响因素是接收天线的视场角,设计收发天线时必须使激光的束散角和接收视场角基本一致,否则会造成不必要的激光能量浪费.3.4光电检测器的选择在光通信中最常用的光电检测器是PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD).虽然APD的电流增益可高达几百倍,但它的工作电压较高(通常为10～100V),且其增益对温度很敏感,会因需要增加环境温度的控制电路而增加系图2发射系统统的成本.因此,本设计采用HN光电二极管,其主要优点是暗电流较小,响应时间短.光敏面直径约为0.
8、3mm(1553.2接收机的设计MHz调制速率下商用PIN的最大光敏面尺寸,这时的接收激光水下通信的接收系统
